(57)【要約】【課題】起動中に凝縮水が汚染され難い燃料電池発電装置を得る。【解決手段】原燃料をバーナ２で燃焼することで水素リッチガスを得る改質器１と、  電池燃料極及び電池空気極を有し、該電池燃料極に１からの水素リッチガスを導入し、該電池空気極に空気を供給することで電気エネルギを得る燃料電池本体１０と、２の燃焼排気ガス及び１０の電池空気極の排気ガスを、各々バーナ排気ガスライン及び空気極排気ガスラインを介してその内部に導き、２の燃焼排気ガス及び電池空気極の排気ガスの水回収を行なう排熱回収熱交換器４と、４で熱回収された温水を貯える温水器１２と、１２及び４との間に配設し、両者間に温水を循環させる温水循環ライン１９と、１９に配設し、１０の起動時に２で原燃料を燃焼させる際に、４内の温水の循環を阻止する温水循環ポンプ５を備えた燃料電池発電装置。【選択図】      図１
2006012666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料をバーナで燃焼することで水素リッチガスを得る改質器と、
電池燃料極及び電池空気極を有し、該電池燃料極に前記改質器からの水素リッチガスを導入し、該電池空気極に空気を供給することで電気エネルギを得る燃料電池本体と、
前記バーナの燃焼排気ガス及び前記燃料電池本体の電池空気極の排気ガスを、各々バーナ排気ガスライン及び空気極排気ガスラインを介してその内部に導き、前記バーナの燃焼排気ガス及び前記電池空気極の排気ガスの水回収を行なう排熱回収熱交換器と、
前記排熱回収熱交換器で熱回収された温水を貯える温水器と、
前記温水器及び前記排熱回収熱交換器との間に配設し、両者間に温水を循環させる温水循環ラインと、
を具備した燃料電池発電装置において、
前記温水循環路に配設し、前記燃料電池本体の起動時に前記バーナで原燃料を燃焼させる際に、前記排熱回収熱交換器内の温水の循環を阻止する温水循環阻止手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
原燃料をバーナで燃焼することで水素リッチガスを得る改質器と、
電池燃料極及び電池空気極を有し、該電池燃料極に前記改質器からの水素リッチガスを導入し、該電池空気極に空気を供給することで電気エネルギを得る燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を冷却する電池冷却器と、
前記バーナの燃焼排気ガス及び前記燃料電池本体の電池空気極の排気ガスを、各々バーナ排気ガスライン及び空気極排気ガスラインを介してその内部に導き、前記バーナの燃焼排気ガス及び前記電池空気極の排気ガスの水回収を行なう排熱回収熱交換器と、
前記排熱回収熱交換器で熱回収された温水を貯える温水器と、
前記温水器及び前記排熱回収熱交換器との間に配設し、両者間に温水を循環させる温水循環ラインと、
を具備した燃料電池発電装置において、
前記バーナによる昇温中に前記バーナの燃焼排気ガスの少なくとも一部を、前記排熱回収熱交換器に入る前に大気に排出するバーナ排気ガスバイパスラインと、
を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項３】
原燃料をバーナで燃焼することで水素リッチガスを得る改質器と、
電池燃料極及び電池空気極を有し、該電池燃料極に前記改質器からの水素リッチガスを導入し、該電池空気極に空気を供給することで電気エネルギを得る燃料電池本体と、
前記バーナの燃焼排気ガス及び前記燃料電池本体の電池空気極の排気ガスを、各々バーナ排気ガスライン及び空気極排気ガスラインを介してその内部に導き、前記バーナの燃焼排気ガス及び前記電池空気極の排気ガスの水回収を行なう排熱回収熱交換器と、
前記排熱回収熱交換器で熱回収された温水を貯える温水器と、
前記温水器及び前記排熱回収熱交換器との間に配設し、両者間に温水を循環させる温水循環ラインと、
を具備した燃料電池発電装置において、
前記バーナの燃焼排気ガスを前記排熱回収熱交換器の熱回収部に通さないようにした配管路と、
を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記改質器のバーナ点火前に、前記温水器内に温水がある場合はこの温水で前記排熱回収熱交換器内をあらかじめ暖めておく手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
昇温中にある前記排熱回収熱交換器内の冷水を間欠的に流すことを特徴とした請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記バーナの燃焼排気ガスライン上に燃焼触媒を設置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収熱交換器と温水器を備えた燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池発電装置においては、燃焼排気ガス中の水分を排熱回収熱交換器にて凝縮して回収し発電装置内にて再利用しているが、燃焼排気ガスを凝縮した際に燃焼排気ガス中の二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物等が水に溶け込むために、水タンク内の導電率が上昇する。そのため、回収した水を処理装置にて処理しているが、水処理装置の寿命を延ばすために、排熱回収熱交換器にて回収した凝縮水を貯めて置く水タンクとは別に一旦大気開放された滞留部とする水タンクを設置する発明がある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記と同じ問題点を改善するため、排熱回収熱交換器にて回収された凝縮水を一部外部へ捨てるように構成したものがある（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−３１２５５号公報
【特許文献２】特開平８−５０９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１の発明では、排熱回収熱交換器にて回収した凝縮水を貯めて置く水タンクとは別に一旦大気開放された滞留部とする水タンクを設置するためのプラントに余計なスペースが必要となる。また、特許文献２の発明では、排熱回収熱交換器にて回収された凝縮水を一部外部へ捨てることにより水処理装置の寿命を延ばすやり方があるが、その分外部から補給水が入ることが課題であった。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、起動中に凝縮水が汚染され難い燃料電池発電装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、原燃料をバーナで燃焼することで水素リッチガスを得る改質器と、
電池燃料極及び電池空気極を有し、該電池燃料極に前記改質器からの水素リッチガスを導入し、該電池空気極に空気を供給することで電気エネルギを得る燃料電池本体と、
前記バーナの燃焼排気ガス及び前記燃料電池本体の電池空気極の排気ガスを、各々バーナ排気ガスライン及び空気極排気ガスラインを介してその内部に導き、前記バーナの燃焼排気ガス及び前記電池空気極の排気ガスの水回収を行なう排熱回収熱交換器と、
前記排熱回収熱交換器で熱回収された温水を貯える温水器と、
前記温水器及び前記排熱回収熱交換器との間に配設し、両者間に温水を循環させる温水循環ラインと、
を具備した燃料電池発電装置において、
前記温水循環路に配設し、前記燃料電池本体の起動時に前記バーナで原燃料を燃焼させる際に、前記排熱回収熱交換器内の温水の循環を阻止する温水循環阻止手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置である。
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、原燃料をバーナで燃焼することで水素リッチガスを得る改質器と、
電池燃料極及び電池空気極を有し、該電池燃料極に前記改質器からの水素リッチガスを導入し、該電池空気極に空気を供給することで電気エネルギを得る燃料電池本体と、
前記バーナの燃焼排気ガス及び前記燃料電池本体の電池空気極の排気ガスを、各々バーナ排気ガスライン及び空気極排気ガスラインを介してその内部に導き、前記バーナの燃焼排気ガス及び前記電池空気極の排気ガスの水回収を行なう排熱回収熱交換器と、
前記排熱回収熱交換器で熱回収された温水を貯える温水器と、
前記温水器及び前記排熱回収熱交換器との間に配設し、両者間に温水を循環させる温水循環ラインと、
を具備した燃料電池発電装置において、
前記バーナによる昇温中に前記バーナの燃焼排気ガスの少なくとも一部を、前記排熱回収熱交換器に入る前に大気に排出するバーナ排気ガスバイパスラインと、
を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置である。
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、原燃料をバーナで燃焼することで水素リッチガスを得る改質器と、
電池燃料極及び電池空気極を有し、該電池燃料極に前記改質器からの水素リッチガスを導入し、該電池空気極に空気を供給することで電気エネルギを得る燃料電池本体と、
前記バーナの燃焼排気ガス及び前記燃料電池本体の電池空気極の排気ガスを、各々バーナ排気ガスライン及び空気極排気ガスラインを介してその内部に導き、前記バーナの燃焼排気ガス及び前記電池空気極の排気ガスの水回収を行なう排熱回収熱交換器と、
前記排熱回収熱交換器で熱回収された温水を貯える温水器と、
前記温水器及び前記排熱回収熱交換器との間に配設し、両者間に温水を循環させる温水循環ラインと、
を具備した燃料電池発電装置において、
前記バーナの燃焼排気ガスを前記排熱回収熱交換器の熱回収部に通さないようにした配管路と、
を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、起動中に凝縮水が汚染され難い燃料電池発電装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（実施形態１）
本実施形態１は、図１に示すように以下に述べる従来の燃料電池発電装置の温水循環ライン（温水循環路）１９に、燃料電池本体１０の起動時に改質器１のバーナ２で原燃料を燃焼させる際に、排熱回収熱交換器４内の温水の循環を阻止する温水循環阻止手段例えば温水循環ポンプ５を設けたことを特徴とする。
【００１２】
従来の燃料電池発電装置は、以下のように構成されている。すなわち、バーナ燃料ガスライン１４からの原燃料と、バーナ空気ライン１５からの空気によりバーナ２で直接燃焼し、水素リッチガスを得る改質器１と、改質器１から得られた水素リッチガスを図示しない電池燃料極に導入し、図示しない空気極に空気極空気ブロア１１により空気を供給することで電気エネルギを得る燃料電池本体１０を備えている。
【００１３】
また、燃料電池本体１０を冷却するための、冷却水が循環できるように配設された電池冷却水ライン１８と、冷却水ライン１８の途中に配設された水ポンプ９及び水タンク６と、冷却水ライン１８の炭素を取除く脱炭酸装置８と、空気ブロア７とからなる電池冷却器を備えている。
【００１４】
さらに、改質器１の燃焼排気ガス及び燃料電池本体１０の排気ガス中から水回収を行なうための、排熱回収熱交換器４と、改質器１と排熱回収熱交換器４の間に配設したバーナ排気ガスライン１６と、バーナ排気ガスライン１６の途中に配設した蒸発器又は熱交換器３を備えている。
【００１５】
排熱回収熱交換器４で水回収された温水を貯え、給湯ライン２０に接続された貯水タンク１３を備えた温水器１２と、温水器１２及び排熱回収熱交換器４との間に配設し、両者間に温水を循環させる温水循環ライン１９とを備えている。
【００１６】
燃料電池本体１０の図示しない電池空気極に空気を吹き付ける（供給する）空気極空気ブロア１１と、燃料電池本体１０と排熱回収熱交換器４の間に配設した空気極排気ガスライン１７を備えている。
【００１７】
通常、燃料電池本体１０が起動（プラントが起動）すると改質器１内のバーナ２で燃料を燃焼して改質器１を昇温する。バーナ２にて発生した排気ガスは熱回収のために、バーナ排気ガスライン１６を経由して排熱回収熱交換器４のガス通路に導かれる。この時通常温水器１２の貯水タンク１３の下部から外気温度以下の冷水を温水循環ポンプ５にて排熱回収熱交換器４の水通路に送られ、暖められた水は温水器１２の貯水タンク１３に温水として貯められる。
【００１８】
バーナ排気ガス中にはＣＯ２、ＮＯｘ及びＳＯｘ等が存在しており、排気ガスが排熱回収熱交換器４内を通過して冷やされる際に排気ガス中の水分が凝縮するが、この時ＣＯ２、ＮＯｘ及びＳＯｘ等は水に溶け込んでしまう。そのため、水タンク６内の水の導電率が昇温完了直前には起動前の約５倍まで上昇してしまう。
【００１９】
前述した実施形態１では、燃料電池本体１０の起動時に温水循環ポンプ５を動かさないことにより排熱回収熱交換器４で排熱回収を行わず、バーナ２の排気ガス中の水分は凝縮され難くい。そのためバーナ２の排気ガスに含まれるＣＯ２、ＮＯｘ及びＳＯｘ等はバーナ排気ガス中の水分が凝縮した際の水の中に溶け込み難くなり、水タンク６に凝縮した水が流れる量が通常よりも減るため、昇温完了後の水タンク６内の水の導電率を起動前の約２倍程度までの上昇に抑えることができた。
【００２０】
（実施形態２）
次に、本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態２について図２を参照して説明する。なお実施形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。実施形態２は実施形態１の構成に、バーナ排気ガスバイパスライン２１、バーナ排気ガス流量調節弁２２を追加したものである。バーナ排気ガスバイパスライン２１は、バーナ２による昇温中にバーナ２の燃焼排気ガスの少なくとも一部を、大気に排出するためのもので、排熱回収熱交換器４に入る前に、具体的にはバーナ排気ガスライン１６の途中から分岐して設ける。バーナ排気ガスバイパスライン２１に、バーナ排気ガス流量調節弁２２を追加したものである。
【００２１】
このような構成のものにおいて、バーナ排気ガス流量調節弁２２を、昇温中開放状態とすることにより、バーナ燃焼排ガスが大気に排出される。この場合、バーナ排気ガス中の水分を排熱回収熱交換器４で凝縮させないため、昇温完了後にバーナ排気ガス中の水分が凝縮されて水タンク６に流れ込む量が少ないため水タンク６内の水の導電率の上昇を起動前の約１．５倍程度までに抑えることができた。
【００２２】
（実施形態３）
次に、本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態３を図３を用いて説明する。なお実施形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態３は実施形態１の構成に、バーナ２の燃焼排気ガスを排熱回収熱交換器４の熱回収部に通さないようにした配管路、例えばバーナ排気ガスバイパスライン２３を設けると共に、バーナ排気ガスバイパスライン２３に流量弁２４を設けたものである。
【００２３】
このように、排熱回収熱交換器４の熱交換部分をバイパスすることによりバーナ排気ガスが排熱回収熱交換器４内の排熱回収部分を通る量を無くし、バーナ排気ガス中の水分が凝縮されて水タンク６に流れ込む量が少ないために実施形態２と同等の効果を得ることができる。
【００２４】
（実施形態４）
次に、本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態４を図４を用いて説明する。なお実施形態１と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。本実施形態４は実施形態１の構成に、改質器１のバーナ点火前に、温水器１２内に温水がある場合はこの温水で排熱回収熱交換器４内をあらかじめ暖めておく手段例えば三方弁２６を更に備えたものである。具体的には、三方弁２６を貯水タンク１３の底面及び上部並びに温水循環ライン１９に接続したものである。
【００２５】
このような構成において、温水器１２の貯水タンク１３内に貯められた温水が充分ある場合には、昇温中に排熱回収を実施する必要は無い。そのため、三方弁２６を切り替えて貯水タンク１３の上部に溜まっている温水を起動前に温水循環ライン１９に流して排熱回収熱交換器４内の水通路を暖めておく。そうすることにより排熱回収熱交換器４にバーナ排気ガスが流れても排気ガス中の水分が凝縮し難くなる。そうしたことから貯水タンク１３内に温水が充分に貯められている場合には温水を温水循環ライン１９に流しつつ実施形態１、２、３を組合すことにより、実施形態１、２、３よりも昇温中の水タンク６内の水の導電率の上昇は起動前に比べてほとんど無くなる。
【００２６】
三方弁２６の切り替えは、自動的又は手動的に行なうことができる。自動的に行なうには、例えば貯水タンク１３内の温水の温度を温度検出器で検出し、この検出値に基づいてコントローラが、三方弁２６に対して切り替え指令を与えるようにすればよい。
【００２７】
（実施形態５）
次に、本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態５を図１を用いて説明する。なお実施形態１と重複する説明は省略する。実施形態１では昇温中に温水循環ポンプ５を動かさずにバーナ排気ガスの排熱回収をしないが、排熱回収熱交換器４の水通路は昇温中加熱され続けられる。このため温水循環ラインで局部的に水が沸騰する可能性があり、昇温時間が長い場合には排熱回収熱交換器４の水通路内の一部で加熱により水が沸騰して圧力上昇を招き、排熱回収熱交換器４が損傷する虞れがある。このことを防ぐために、温水循環ポンプ５を間欠に動作させると、実施形態１の効果は薄れるが、温水循環ポンプを常時流した場合よりもバーナ排気ガスは冷やされ難くなるため、バーナ排気ガス中の水分は凝縮し難くなる。このことより、昇温中に水タンク６内の導電率が従来よりも下がり、排熱回収熱交換器４の水配管内の圧力が設計圧力以上に上がるのを防ぐ効果を得ることができる。
【００２８】
（実施形態６）
次に、本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態６を図５を用いて説明する。なお実施形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態６は実施形態１の構成に燃焼触媒２５を追加し、バーナ排気ガスライン１６に燃焼触媒２５を設置することによりバーナ排気ガス中のＣＯ、ＮＯx及びＳＯｘ等を無害化する。このことにより、昇温中のバーナ排気ガスが排熱回収熱交換器４にて冷やされてバーナ排気ガス中の水分が凝縮しても水タンク６内にはＮＯx及びＳＯｘ等が溶け込んだ水が流れ込まない。そのため、起動中の水タンク６内の導電率は実施形態２と同等になる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の燃料電池発電装置に係る実施形態１を説明するための配管系統図。
【図２】本発明の燃料電池発電装置に係る実施形態２を説明するための配管系統図。
【図３】本発明の燃料電池発電装置に係る実施形態３を説明するための配管系統図。
【図４】本発明の燃料電池発電装置に係る実施形態４説明するための配管系統図。
【図５】本発明の燃料電池発電装置に係る実施形態６を説明するための配管系統図。
【符号の説明】
【００３０】
１…改質器、２…バーナ、３…蒸発器又は熱交換器、４…排熱回収熱交換器、５…温水循環ポンプ、６…水タンク、７…空気ブロア、８…脱炭酸装置、９…水ポンプ、１０…燃料電池本体、１１…空気極空気ブロア、１２…温水器、１３…貯水タンク、１４…バーナ燃料ガスライン、１５…バーナ空気ライン、１６…バーナ排気ガスライン、１７…空気極排気ガスライン、１８…電池冷却水ライン、１９…温水循環ライン、２０…給湯ライン、２１…バーナ排気ガスバイパスライン、２２…バーナ排気ガス流量調節弁、２３…バーナ排気ガスバイパスライン、２４…流量弁、２５…燃焼触媒、２６…三方弁。
【図１】
2006012666.tif 000003
【図２】
2006012666.tif 000004
【図３】
2006012666.tif 000005
【図４】
2006012666.tif 000006
【図５】
2006012666.tif 000007